电容应用之降压篇

电子人生

发布时间: 18-09-0320:10

前文讲到电容具有“隔直流通交流”的特性,在交流回路中存在着一定的阻抗,称之为容抗。也就是说利用此特性可在交流电中用于降压。但千万要注意必须是无极性电容,有极性的电容只能用于直流回路中。如以下图1。

图1

那么我们为什么要用电容来降压,它的好处又是什么呢?先来看一个例子,比如当接入市电220V/50Hz时,负载RL需要一个最大约69mA的电流,如下图2,可以在回路上串联一个电阻R1来实现。

图2

R1的阻抗需求如下:

通过以上的运算,可以看到需要串入一个3188Ω/15W的电阻。

再来看看用电容的情况,如图1。 假设电容C1的容量为1uF,那么C1的容抗Z计算公式如下。

C1的容抗与串入电阻R1的阻抗值接近,且由于电容不消耗电能,也就不存在功率问题。此电容既达到了限流的作用,又不消耗电能。所以电容降压就这样被用了起来,成本低廉,在早期的小电器中应用广泛,用于提供小电流的电源回路中。

在实际应用中当然也不会这么简单,因为上述只提供交流电压给负载,但负载通常都需要直流,很多人第一印象就是串入二极管,如下图3。

图3

以上接法是否能为RL提供直流电压呢?当然不行,因为明显违背了电容的原理,电容在交流情况下才能通过电流,由于二极管D1的单向导电性,使电容没有放电回路,正半波时电容充满电,但负半波时电流无法通过,使电容C1充满电后就达到电量平衡,再无电流流过负载,所以负载RL得不到正常的工作电流,正确的做法应该如下图4。

图4

如上图4,这样就组成了一个半波整流的降压电路。正半波电流流过负载RL,负半波则不经过负载,而将能量直接返回给电网。

再多加2个二极管就可以变成全波整流,让正、负半波都经过负载RL,此时提供的电流将翻倍,如下图5。

图5

全波整流时,输出电流计算公式如下:

半波整流时,输出电流计算公式如下:

也就是说半波整流时,最大电流约为31mA,全波整流时,最大电流约为62mA。

典型案例

下面来看一个家用电风扇的典型电源电路,如下图6。

图6

实际应用中比理论分析时复杂了许多,以前学校上课学到的东西只是理论。当步入社会真正做设计工程师时才知道,上学时学到的程度是多么的肤浅。不过理论是相通的,只是加入了实际应用时会出现的可靠性因素。比如:

1. 降压电容C1上并联了电阻R1,为什么要在电容上并联电阻呢?这是由于在电风扇插头拔掉后,如果C1上没有并联电阻,电容上的电能释放不掉。当人体触碰到插头两端时,就会触电。

2. 降压电容C1串联了电阻R2,这是由于在上电瞬间电容相当于短路,不串联电阻会产生很大的冲击电流。所以根据后面元件能承受最大峰值电流的情况来选择R2的阻值。例如二极管最大能承受瞬间峰值电流是20A,那么R2的阻值就需要大于220V/20A =11Ω,当然还要留些余量。因为市电输入不一定就是220V,有可能会更高,同时元器件也存在一定的差异。

电容降压虽然简单、易用,然而也存在固有的缺陷。那就是频率越高,其容抗越小,若是电网中存在大量谐波成份,电路就非常容易烧坏。

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